Le recyclage du silicium dans les panneaux solaires

La collecte et le traitement des panneaux solaires photovoltaïques : quelle organisation ?

Rappelons ici simplement que la collecte des panneaux solaires usagés est assurée en France par SOREN. Cet éco-organisme financé en partie par la taxe d’éco-participation payée sur chaque équipement électrique ou électronique permet de prendre en charge les coûts de recyclage des panneaux solaires. Après réception dans l’un des points de dépôt de SOREN, les panneaux photovoltaïques usagés sont envoyés vers le site du Rousset (Bouches-du-Rhône – 13), dédié aux technologies en silicium cristallin, pour leur démantèlement à des fins de recyclage.

Rappels sur la composition d’un panneau solaire photovoltaïque

Pour mémoire, un panneau photovoltaïque est constitué de différentes couches superposées dites couches laminées. La cellule photovoltaïque qui produit l’électricité est composée de semi-conducteurs au silicium et de métalliseurs servant d’électrodes. C’est l’élément central du panneau.

Cette couche centrale est encapsulée entre deux couches de polymères plastiques en éthylène-acétate de vinyle (EVA) et Tedlar. Ces films plastiques sont recouverts de verre pour leur protection. Un encadrement en aluminium sert à fixer les panneaux sur la toiture, et un boîtier de connexion permet de relier tous les panneaux entre eux.

Dans cet ensemble, les deux matières principales sont le verre (75 à 80 % de la masse d’un panneau) et l’aluminium du cadre (10 à 15 % de la masse totale). Pour réussir à recycler le silicium présent dans les cellules, il est donc nécessaire de séparer les différents éléments constitutifs du panneau. Tout le challenge réside alors dans le traitement des différentes lamelles du panneau pour réussir à valoriser les différents matériaux, parmi lesquels le silicium.

Les différents processus de recyclage des panneaux solaires au silicium

Depuis le début des années 2000, des efforts de recherche soutenus ont permis de développer différentes techniques de recyclage des panneaux solaires photovoltaïques. Il existe aujourd’hui deux grandes méthodes utilisées pour le traitement des panneaux photovoltaïques au silicium.

Méthode 1 : séparation du verre avant retraitement des cellules

Un procédé thermique de délaminage permet de séparer le verre des films d’encapsulation en polymères pour accéder à la cellule photovoltaïque en vue de son traitement. Cette technique est la plus performante pour le recyclage des cellules photovoltaïques. Le silicium récupéré peut ensuite être réinjecté dans des lingots de silicium pour fabriquer de nouvelles lamelles sensibles à la lumière (les wafers). Cette méthode induit cependant des coûts énergétiques importants difficiles à imposer dans un contexte de baisse des cours du silicium non recyclé.

Méthode 2 : broyage du module avant séparation des composants

Cette méthode est utilisée par l’usine Véolia chargée du recyclage des panneaux solaires en France. La séparation des différents composants des panneaux s’établit en 3 grandes étapes : la préparation manuelle, le broyage du panneau et la séparation des matériaux.

À réception, les panneaux photovoltaïques sont d’abord débarrassés manuellement de leur cadre en aluminium. Le boîtier de jonction et les câbles d’alimentation électrique situés à l’arrière de chaque panneau sont également retirés durant cette phase préparatoire.

Le module photovoltaïque est ensuite découpé en lamelles introduites dans plusieurs broyeurs successifs.

Un procédé mécanique permet de séparer le broyat en différents matériaux réutilisables :

• Le verre est récupéré sous forme de poudre, en deux granularités différentes. Cette poudre de verre peut être réinjectée dans des panneaux ou utilisée pour la fabrication de fibres de verre ou isolants ;
• Les polymères comme l’EVA (éthylène-acétate de vinyle) et le Tedlar présents dans les couches d’encapsulation : ces matières plastiques servent généralement de combustible ;
• Les métaux ferreux (triés avec des aimants) et non-ferreux (extraits à l’aide d’un courant de Foucault) : l’argent et le cuivre des électrodes peuvent être réutilisés pour former de nouveaux contacteurs ;
• Le silicium cristallin : il peut servir à fabriquer de nouvelles cellules photovoltaïques ou servir d’agrégat dans les fours de fonte en métallurgie.

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